14

СТА 2/2015

ОБЗОР/ТЕХНОЛОГИИ

www.cta.ru

ВСТУПЛЕНИЕ

В 1890 году ученый-статистик ГерманХоллерит (Herman Hollerith), впослед-ствии ставший родоначальником ком-пании, известной ныне миру как IBM,предложил использовать карточки спробиваемыми в них отверстиями (про-образ компьютерных перфокарт) дляучёта результатов переписи населения вСША (рис. 1). Это революционное на-чинание стало одним из первых реали-зованных проектов, продемонстриро-вавших практическую пользу информа-ционных технологий на службе обще-ству. Сегодня, по прошествии множе-ства лет и технологических революций,

мы имеем инструментарий, позволяю-щий нам всерьёз задуматься об автома-тизации целых городов.

БЕЗУМНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

УМНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Сравнительно недавно чудом техни-ческого прогресса считались релейныесистемы управления. Они реализовыва-ли жёсткую логику работы. В семидеся-тых годах прошлого века бурное разви-тие интегральных технологий и, в част-ности, технологий создания БИС(больших интегральных схем) дало им-пульс производству достаточно дешё-вых и компактных вычислительных

устройств на основе микропроцессоров.Появление микропроцессоров ознаме-новало приход эры компьютеров иПЛК, эры гибкой логики управления(рис. 2). Помимо неслыханной гибко-сти и компактности полупроводнико-вая электроника наделила системы ав-томатизации ещё и гораздо большей посравнению с электромеханическими иламповыми системами надёжностью.Стремительное удешевление вычисли-тельных устройств явилось импульсомдля развития технологий локальных се-тей, поскольку децентрализация вычис-лительных ресурсов стала экономиче-ски привлекательной. Многие компа-

Архитекторы умных городов

Юрий Широков

Современная цивилизация стремительно развивается. Наиболее явно это видно поизменению ритма и качества жизни мегаполисов, численность и плотность населениякоторых неуклонно растёт. С этими процессами рука об руку идут многочисленныепроблемы: ограниченность всевозможных ресурсов, транспортные коллапсы,загрязнение окружающей среды и многое другое. В большинстве случаев проблемыэти носят комплексный характер, проявляясь на стыке действия множества, на первыйвзгляд, не связанных между собой факторов. Для эффективного решения подобныхзадач требуется координация и оптимизация всех аспектов жизни мегаполиса.Технологии, составляющие фундамент умных городов, формируются уже сегодня.О некоторых из них читайте в этой статье.

Рис. 1. Установка Германа Холлерита

Рис. 2. 1904 год – первая электронная лампа. 1971 год – первый

микропроцессор. Что дальше?

Илл

юст

раци

я с

сайт

а im

gkid

.com

Илл

юст

раци

я с

сайт

а bl

ogsp

ot.c

om

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 14

нии начали активные исследования вданном направлении, и это определилоскорый бум развития локальных циф-ровых сетей передачи данных. В сере-дине восьмидесятых годов прошлоговека вследствие потребности в стандар-тизации появляются первые междуна-родные стандарты протоколов сетевогообмена данными, среди которых и по-пулярнейший ныне Ethernet. Стандар-тизация и совершенствование сетевыхтехнологий позволили объединить уси-лия многих разработчиков и построитьработоспособные системы масштабацехов и подразделений, а затем и круп-ных предприятий, офисных, торговых,жилых комплексов. Бурное развитиетехнологий беспроводных коммуника-ций стало следующей революцией, от-крывшей перспективы истинной мо-бильности и сулящей в недалёком буду-щем неограниченный доступ к инфор-мации практически в любой точке Зем-ли. Не стоял всё это время на месте ипрогресс в вычислительной технике,благодаря которому, например, про-изводительность средненького совре-менного ноутбука многократно превос-ходит по всем параметрам весьма рас-пространённый в 1970–80-х годах вы-числительный комплекс СМ-4 (аналогDEC PDP-11).

Достижения в области высокопроиз-водительных кластерных вычислитель-ных систем и серверов хранения дан-ных вкупе с совершенствованием сете-вых и беспроводных технологий опре-делили перспективнейшее направлениев области распределённой обработки ихранения информации – облачные сер-висы (рис. 3). Идея облачных сервисовсовсем молода. Своё развитие она полу-чила от успешно реализованных системcloud storage (облачных хранилищ дан-ных), ставших в настоящее время чрез-вычайно популярными. Такие системы

предоставляют сетевые ресурсы дляхранения информации, обеспечиваяпользователей доступом к ней черезсеть Интернет и веб-интерфейсом, поз-воляющим управлять собственнымиданными. Благодаря предоставлениюресурсов в сети Интернет естественнымобразом достигается мобильность имногопользовательский доступ к ин-формации. Системы обработки в обла-ке предложили пользователям нечтобольшее – виртуальные вычислитель-ные ресурсы, способные решать разно-образные задачи обработки информа-ции, контроля и управления объектами.Теперь пользователь может не толькохранить свои данные в виртуальномоблаке, но и обрабатывать их по собст-венным уникальным алгоритмам, а так-же настраивать связи облачного серви-са с конечными потребителями инфор-мации, будь то человек-оператор илиэлектронное устройство.

Тесным образом с идеей облачныхсервисов связано новейшее понятие«Интернет вещей» (Internet of Things,IoT). Концепция IoT состоит в под-ключении вещей (то есть реальных объ-ектов в реальном мире) посредствомглобальных сетей обмена данными ктем самым облачным сервисам и ихвиртуализации в распределённом ин-формационном поле. Благодаря лави-нообразному распространению беспро-водных технологий, а также появлениюуже упомянутых облачных вычисленийидея IoT перестаёт казаться фантасти-ческой и уверенно переходит в разрядпрактически осуществимых. Именно наней в первую очередь и базируется кон-цепция умного города, которой посвя-щена данная статья. Термин «умный го-род» (Smart City) наиболее часто упо-требляется в данном контексте, но онне единственный. Можно также встре-тить и понятия «интеллектуальный го-

род», «виртуальный город», «цифровойгород», «информационный город»…Все эти определения отражают идею то-го, что связующим звеном всех аспек-тов жизни города должны выступатьинформационно-коммуникационныетехнологии.

Концепция умного города возникла впоследнее десятилетие как результатвзаимодействия и тесного слияния ин-формационных и коммуникационныхтехнологий. Целью усилий является оп-тимизация функционирования горо-дов, повышение их эффективности вовсех отношениях, конкурентоспособ-ности, а также поиск новых путей борь-бы с проблемами бедности, безработи-цы, ухудшения экологии, транспортны-ми коллапсами, недостатком ресурсов ит.д. (рис. 4). Современному мегаполисуприходится решать массу задач с огром-ным числом неизвестных. Как, напри-мер, обеспечить оптимальный трафикгородского транспорта при условии, чтоучастники движения не координирова-ны между собой? Как обеспечитьуправление экологической обстанов-кой, не имея полной картины загрязне-ния и обратной связи с виновникамивредных выбросов? Многие потенци-альные угрозы и возможности стано-вятся видны лишь с высоты птичьегополёта (рис. 5). Суть идеи умного горо-да, как вы наверняка догадываетесь,зиждется на дух китах. Первый из них –чисто технологический. Это взаимнаяинтеграция технологий, до сих пор раз-рабатывавшихся и существовавших не-зависимо друг от друга, но имеющихчёткие предпосылки к синергии, то естьк эффекту качественного измененияблагодаря их объединению. Идея самапо себе не нова и вне концепции умно-го города необходимость подобных объ-единений очевидна. Второй же кит –это теория эффективного управления.

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

15

СТА 2/2015 www.cta.ru

Рис. 3. Облачные сервисы и технологии

Рис. 4. Интерактивное мобильное приложение Яндекс.Транспорт

для ОС Android и iOS

© Янд

екс

Илл

юст

раци

я с

сайт

а pl

anne

tplc

.file

s.w

ordp

ress

.com

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 15

Интуитивно понятнаидея: если управлениенеким объектом осу-ществляется на болеевысоком уровне, тооно может быть реали-зовано оптимально,поскольку учитываетбольшее количествосущественных факто-ров. В идеале нельзядобиться эффективного управления си-стемой, не выходя за её рамки.

Итак, мировой прогресс вплотнуюподошёл к следующему этапу интегра-ционного развития систем автоматиза-ции и теорий оптимального управле-ния – реализации интеллектуальныхсистем масштаба крупных городов.

На протяжении большей части XX ве-ка идея того, что город может быть ум-ным, была похожа на научную фанта-стику – удел популярных техническихжурналов. Но вот массовое распростра-нение вычислительных технологийплюс небольшая толика интеллекта, ко-торую удалось привнести в них, – и со-вершилось чудо: технологическая воз-можность осуществления смелых за-мыслов сегодня не вызывает сомнений.Более того, перспектива умных и дажеочень умных городов быстро становит-ся новой реальностью. Современныйгород представляет собой живой орга-низм, состоящий из множества систем,призванных обеспечивать его жизне-деятельность. Далеко не простые взаи-мосвязи между этими системами, ог-ромное число ключевых параметров,нуждающихся в постоянном контроле иобратном воздействии, делают задачуобеспечения жизни города традицион-ными методами всё более сложной.Именно поэтому мысль о создании спе-циализированных платформ для опти-мального управления системами мас-штаба целых городов становится в по-следнее время особенно привлекатель-ной. Конвергенция информационных икоммуникационных технологий в го-родской среде порождает невиданныедо сих пор возможности: города стано-вятся умными не только с точки зренияавтоматизации рутинных функций об-служивания граж дан, зданий, транс-портных систем, но уже позволяют намотслеживать, анализировать, пониматьглубинную суть процессов и даже пред-видеть будущее.

С точки зрения управления и автома-тизации, города смело можно сравнить ссистемами реального времени. Во мно-

гих современных городах информа-ционные и коммуникационные техно-логии активно используются для повы-шения производительности и качестваработы на уровне различных департа-ментов и служб. Огромное влияние нажизнь горожан оказали технологии мо-бильности и Интернет, благодаря кото-рому стал возможным, например, из-вестный многим сервис электронногоправительства. Умные технологии со-вершенно очевидно помогают совре-менным людям в их повседневной жиз-ни, и многими составляющими плат-формы умного города, даже не подозре-вая об этом, мы пользуемся уже сегодня.Это и Интернет-представительства раз-личных муниципальных и государст-венных служб, и интеллектуальные си-стемы управления городским транспор-том, и сети станций контроля экологи-ческой обстановки, и сети интерактив-ных информационных табло и киосков.Благодаря ставшим массовыми GPS-технологиям в настоящее время бурноразвиваются геонавигационные прило-жения с возможностью контроля тра-фика, прокладки оптимальных маршру-тов (рис. 6). В качестве примеров мож-но привести системы типа Google mapsили Яндекс-карт. По не ко торым про-

гнозам, в ближайшие двадцать летбо̂льшая часть данных, которые мы бу-дем использовать в повседневной го-родской жизни, будет приходить в ре-альном времени от различных цифро-вых датчиков и будет доступна в различ-ных формах в сочетании с геотегами ивременны̂ми метками (рис. 7). Для эф-фективной интерпретации таких объё-мов данных мы должны расширять раз-нообразие методов интеллектуальногоанализа, посредством которых будетосуществляться корреляция (то есть по-иск закономерностей) множества раз-личных данных, их визуализация, поиск(рис. 8).

Наиболее продвинутые в технологи-ческом и социальном плане города впоследнее время стали развивать кон-цепцию интеграции умных технологийдальше. Казалось бы, раз все состав-ляющие налицо, дело теперь за малым:сложить из имеющихся «кубиков» ра-ботоспособную модель. Но именно«инструкция по сборке» этой моделиоказалась самым сложным компонен-том, довести который до совершенстване удалось пока никому. Не забываем:вся соль именно в том, чтобы обеспе-чить не просто богатый набор разроз-ненных функций, а качественно инойуровень управления макрообъектом-го-родом за счёт их синергии.

Итак, реализация концепции умногогорода возможна лишь с использовани-ем единой интеллектуальной платфор-мы, объединяющей все ключевые служ-бы, контролирующие такие аспекты,16

СТА 2/2015

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

www.cta.ru

Рис. 8. Табло, отображающее параметры

энергобаланса здания

Рис. 6. Системы навигации сейчас

стали общедоступными

Рис. 7. Интерактивные информационные

системы будут окружать нас повсюду

Рис. 5. Все компоненты системы должны тесно

взаимодействовать друг с другом

Интеллектуальнаяэкономика

Интеллектуальнаямобильность

Интеллектуальноеуправление

Интеллектуальнаяжизненная среда

Разумныйстиль жизни

«Продвинутые»люди

© Eur

opea

nsm

artc

itie

s

Илл

юст

раци

я с

сайт

а ar

up.c

omИ

ллю

стра

ция

с са

йта

arup

.com

Илл

юст

раци

я с

сайт

а ar

up.c

om

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 16

_014-023 04_Макет 1 02.04.2015 12:36 Страница 17

как общегородской трафик, взаимодей-ствие аварийных и спасательных служб,потребление энергии, воды и других ре-сурсов, IT-инфраструктура, координа-ция экономических взаимосвязей го-родских предприятий и многое другое.Кроме того, неоценимо важной пред-ставляется реализация системы предик-тивного управления городом, когда ста-новится возможным на основании ма-тематической модели предсказать инейтрализовать развитие негативныхсценариев в жизни города. Таким обра-зом, Smart City – это макросистема-матрёшка, состоящая из систем, в осно-ве которых – системы помельче, и такдо самого нижнего слоя-фундамента, вкотором миллионы и миллионы физи-ческих объектов реального мира. Ноименно с фундамента начинают строи-тельство любого здания. Из чего и какбудет строиться фундамент Smart City?

В следующем разделе статьи мы на не-скольких примерах проиллюстрируемсовременные технологические подходык решению прикладных задач созданияумных систем. В описанных проектахугадываются тенденции, которые опре-делят направление развития Smart City.Интернет вещей состоит из миллиардоввзаимосвязанных посредством вычис-лительных сетей интеллектуальныхустройств, каждое из которых обладаетсобственным сетевым идентификато-ром ID (рис. 9). Все они объединяютсяоблачными вычислительными сервиса-ми, обрабатывающими информацию.Будущие умные города обеспечат вза-имную интеграцию этих устройств иобъектов в целях создания глобальныхинтеллектуальных систем со встроен-ной облачной системой управления ин-формацией. В настоящее время боль-шинство разработчиков продолжаютнаращивать потенциал возможностейсвоих продуктов – кирпичиков для по-строения подобных систем, но для осу-ществления на практике мечты и кон-цепции умного города требуется решитьещё множество проблем.

RISC БЕЗ РИСКА

Сравнительно недавно компанияAdvantech запустила проект поддержкисистемных интеграторов и решенийSmart City, основанных на RISC-плат-формах (рис. 10). Директор подразделе-ния Embedded Core Group компанииAdvantech Аарон Су (Aaron Su) утвер-ждает, что соответствующее аппаратноеи программное обеспечение инфра-структуры верхнего слоя интеллекту-альных вычислений (Macro Computing)для реализации облачной концепции восновном уже разработано. Однако ес-ли все решения (в том числе тысячи ты-сяч устройств на нижнем уровне систе-мы) будут активно эксплуатировать об-лачные технологии, то огромная на-грузка на сети может приводить к не-предвиденным задержкам или дажекраху системы в результате отказов ин-теллектуальных сервисов по доставке иобработке информации. Таким обра-зом, разумная децентрализация процес-сов обработки данных и управления мо-жет обеспечить системе необходимуюустойчивость при работе в условияхбольших нагрузок, что на деле поможетреализовать концепцию компьютерно-го управления любой вещью, в любоевремя и в любом месте.

В отличие от верхнего макрослоя, вы-полняющего множество вычислитель-ных задач на едином устройстве исклонного вследствие этого к отказам,способным вызвать крах всей системы,микровычисления сосредотачиваютсяна отдельной простой задаче с при-влечением одного или несколькихустройств нижнего уровня, и этот рас-пределённый подход обеспечивает бо-лее стабильную работу даже в условияхотказа некоторых из них. АрхитектураReduced Instruction Set Computer (RISC)стала лучшим выбором для приложе-ний, обеспечивающих соответствие тре-бованиям нижнего уровня (sensing layer).Устройства RISC характеризуются ком-пактными габаритами, низким энерго-потреблением, невысокой стоимостью,а также просты в использовании. Инже-неры Advantech считают, что технологи-ческие решения «последней мили»умного города должны быть специали-зированными и максимально упрощён-ными, в противовес охватывающим всевозможные функции, независимо от то-го, нужны они или нет, решениям набазе архитектуры x86, – дорогим и по-требляющим неоправданно много энер-гии. Реализация встроенных приложе-ний типа SoC (система на кристалле) на

базе RISC-платформ смещает акцентына требуемые функции, исключая мно-жество ненужного на ранних стадияхпроцесса разработки. Важны и преиму-щества в энергопотреблении, болеекомпактных размерах и ускоренномвремени загрузки (менее одной секун-ды). Помимо перечисленного суще-ственно снижаются затраты на лицензи-рование благодаря использованию от-крытых операционных систем семей-ства Linux. Итак, продукты, основанныена RISC-архитектуре, могут обеспечитьоптимальные и более дешёвые решенияпри существенно меньших по сравне-нию с архитектурой x86 затратах навнедрение. Понимая эти тенденции,большинство производителей чиповпроектируют различные RISC-продук-ты для работы на нижнем уровне. К та-ким производителям, например, отно-сятся Texas Instruments (TI) и FreescaleSemiconductor. Процессоры TI OMAP 5являются высокопроизводительнымиустройствами с превосходными графи-ческими возможностями, а процессорыSitara с низким энергопотреблениемпредлагают богатые возможностиуправления. Семейство процессоровi.MX от Freescale (одноядерный, двухъя-дерный и четырёхъядерный процессо-ры) обеспечивает высокую степень ин-теграции, низкое энергопотребление иподдержку мультимедиа в приложениях.

Но несмотря на потенциальную при-влекательность RISC-платформ, оста -ются концептуальные проблемы ихприменения. Например, для каждогонового проекта системные интеграторывынуждены нанимать профессиональ-ных квалифицированных инженеров,разбирающихся в дизайне ARM, долж-ны подобрать компонентную базу, атакже провести различные испытанияпродукта по завершении стадии егопроектирования.18

СТА 2/2015

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

www.cta.ru

Рис. 9. Пример вещи эпохи IoT – устройство

автоматически напоминает о необходимости

пополнить запас продуктов

Рис. 10. Система на модуле Advantech ROM-1210

Илл

юст

раци

я с

сайт

а ne

twor

kedg

lobe

.com

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 18

Техобслуживание по запросу

Корпоративные приложения

Анализ тенденций

Контроль окружаю

щей среды

Энергопотребление

Мониторинг работ

оспо

собн

ости

Прогнозируемое техническое обслуживание

Контроль освещенности

Кон

трол

ь до

ступ

а

15%

15%

35%

15%

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ EUROTECH

Облачные технологии Eurotech для автоматизации

Решения Eurotech позволяют заказчикам удобно и безопасно подключать оборудование и датчики к корпоративным программным приложениям с помощью Everyware CloudTM — M2M-платформы.

Выполняемые функции

• Управление устройством

• Приложение для устройства и управления жизненным циклом

• Контроль состояния устройства / связи в режиме реального времени

• Поддержка промышленных протоколов

• Простая интеграция с корпоративными приложениями

• Сбор потоков данных с различных устройствв реальном времени

• Анализ данных в реальном времени,их хранение и предоставлениеисторических данных

_014-023 04_Макет 1 02.04.2015 12:37 Страница 19

Компания Advantech успешно играетроль моста между поставщиками чипови системными интеграторами, избавляясвоих клиентов от проблем проектиро-вания и тестирования изделий. Специ-ально разработанные процедуры (на-званные сервисами поддержки разрабо-ток – Design In Support Services) облег-чают ведение проекта на всех стадиях,от планирования и проектирования доинтеграции и тестирования. На этапепланирования большинство разработ-чиков имеют довольно смутное пред-ставление о требуемом оптимальномнаборе свойств проектируемой систе-мы. Консалтинговая поддержка позво-ляет им в полной мере развивать своиидеи. Удачные образцы разработок ком-пании Advantech доступны в качествепрототипов для копирования, что эко-номит массу времени и сил. Всё этопозволяет разработчикам опираться наключевую для будущих умных городовтехнологическую платформу RISC, неотвлекаясь на решение рутинных задач.

ЭХ, ПРОКАЧУ!Следующий наш рассказ – об успеш-

но развивающемся сервисе проката ве-лосипедов. Несмотря на некоторыесложности в прошлом, ныне этот про-ект превратился в масштабную системуаренды велосипедов и обеспечиваетбесперебойное обслуживание.

Начало проекта ведёт отсчёт с 2000 го-да, когда компания Bicycle Rental Systemосновала сервис проката велосипедов вГермании. Идея сервиса состояла в реше-нии проблемы «последней мили» – от-резка пути от пригородных транспортныхстанций до конечного пункта назначенияпассажира. По замыслу разработчиковсервиса, люди могли брать велосипедынапрокат, ехать в требуемый пункт на-значения и оставлять их там, просто за-блокировав. Это было очень удобно дляпользователей, ведь они могли оставитьвелосипеды в любом желаемом месте.К сожалению, то же самое нельзя сказать

об управляющих парком велосипедов:арендованные велосипеды, как правило,распределялись по окраинам, и их не все-гда легко было впоследствии найти и до-ставить обратно в город. Хотя начинаниеи было полезным и многие люди им судовольствием пользовались, логистикастала слишком накладной для обслужи-вающей частной компании. В результатебыло решено отказаться от бизнеса.К счастью, концепцией заинтересоваласьжелезнодорожная система Германии(Deutsche Bahn – DB): её представителичувствовали, что, несмотря на трудности,сервис стоит сохранить. DB выкупила ак-тивы частной компании и взяла на себяобслуживание велосипедного проекта.Сначала DB решила по-прежнему при-держиваться изначальной концепции«оставь велосипед, где хочешь», но вско-ре от неё отказалась в пользу стационар-ных прокатных пунктов. Это оказалосьнемного менее удобно для пользователей,но значительно более верно, с точки зре-ния организации логистики и долгосроч-ных перспектив развития проекта. Дляавтоматизации пунктов выдачи и возвра-та велосипедов DB необходимо было на-дёжное, устойчивое к атмосферным воз-действиям, полностью автономное обо-рудование. В его функции должна былавходить регистрация заезда/выезда вело-сипедов и поддержка системы оплаты.DB выбрала для реализации этой систе-мы компанию Fortec Elektronik AG.

Fortec Elektronik AG реализовала за-дачу, применив плату Advantech SOM-4461 в качестве сердца системы прокатавелосипедов. Для установки SOM-4461Fortec разработала собственную плату,оснастив её пользовательским интер-фейсом на базе сенсорного экрана.Каждый велосипед оснащён RFID-мет-кой и GPS-трекером. Обмен даннымимежду киосками и велосипедами осу-ществляется с помощью беспроводнойсвязи ближнего радиуса действия. Те-перь сдача велосипеда в аренду практи-чески не отличается от продажи билетана поезд: просто ещё один вид арендыместа на транспорте.

По завершении пользования велоси-педом клиент возвращает его на любойиз пунктов проката на станции и блоки-рует. Биллинг осуществляется автомати-чески, в зависимости от времени исполь-зования велосипеда, с возможностью вы-бора почасовой или поминутной оплаты.

В настоящее время DB распространи-ла пункты проката велосипедов (рис. 11)на все крупные города Германии: Бер-лин, Штутгарт, Аахен, Люнебург, Киль,

Гамбург, Карлсруэ и Кассель, и теперь вобщей сложности эксплуатирует около10 000 (!) транспортных средств. ТеперьDB совместно с Fortec прорабатываетпроект расширения прокатной системыэлектромобилями, которые предлагаютдвойное преимущество: защиту от непо-годы и увеличенное расстояние поездок.Для упрощения процедуры аренды элек-тромобиля пользователь получает на-клейку-метку ближнего поля в свои во-дительские права. Она используется дляего идентификации в процессе арендытранспортного средства. В остальном ос-новы системы такие же, как для велоси-педов. Этот проект продолжает помогатьлюдям в Германии добираться на работуи с работы быстро и легко, являя собойещё одну успешно реализованную под-систему интеллектуального города.

НА КОФЕЙНОЙ ГУЩЕ

Кажется невероятным, но каждыйдень в мире выпивают более 2 миллиар-дов чашек кофе. Возможно, ещё болеепоразительно то, что объёмы потребле-ния кофе продолжают неуклонно расти.Кофе всегда был самым предпочтитель-ным напитком городского населения, ивсё больше людей, стремящихся к со-временному образу жизни, выбираютсвежесмолотый качественный кофе.Следовательно, кафе, рестораны и тор-говые автоматы никогда не простаивают.Тем не менее, несмотря на всё более со-вершенные и экономичные машины дляприготовления напитка, кофейный биз-нес многих небольших магазинов и ре-сторанов в целом может нести досадныепотери из-за отсутствия элементарногоконтроля на производстве. Например,персонал может производить напиткибез взимания платы для друзей и семьии даже совершать мошенничества.

В 2007 году Джон и Диллон Шарпли(Sharpley), эксперты в области системуправления розничной торговлей, по-пытались решить эту проблему, вернувкофейному бизнесу оптимальную при-быльность. Джон и Диллон выдвинулиидею подключения эспрессо-машины кпрограммной системе управления про-дажами, которая могла бы гарантиро-вать учёт всех произведённых и продан-ных напитков. Решения интегрируют всебе сенсорный терминал POS (Point OfSale) для заказа и оплаты, связанный савтоматизированным бариста (кофе-машиной). Программное обеспечениеAutoPerk™ контролирует все параметрыполученного заказа, а также собираетданные статистики продаж, инвентари-20

СТА 2/2015

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

www.cta.ru

Рис. 11. Прокат велосипедов

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 20

Серия ADAM-4000 Поддержка сети Modbus

Модули ввода-вывода для любой среды передачи данных

Advantech Co., LTD.Представительство в РоссииТел.: +7 (495) 644-0364,8 (800) 555-0150(бесплатно по России)info@advantech.ruwww.advantech.ru

AM 4000 Серия ADAM-6000 Поддержка сети Ethernet

С ADAM 600 Серия ADAM-6100 Поддержка сетей Ethernet/IP и Profinet

Расширение любой системы сбора данных и управления с помощью модулей удалённого ввода-вывода• Поддержка протоколов ASCll и Modbus RTU для интерфейсов RS-485/422/232

• Поддержка протоколов Modbus TCP, Ethernet/IP, Profinet для IP-сетей

• Использование последовательной схемы подключения позволяет организовать гибкие расширяемые системы с минимальными затратами по кабельному проводу

• Возможность настройки и диагностики модулей ADAM по сети

• Поддержка протоколов 803.15 (Zigbee) для беспроводных сетей

Серия ADAM-2000 Поддержка беспроводной сети Zigbee

оляпо кабельному р

сети

сетей

DAM-2000

ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ ADVANTECH

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 21

зации продуктов и другие ключевые по-казатели эффективности работы. Ком-пьютер с сенсорной панелью UTC-515(рис. 12) используется в данной систе-ме в качестве устройства HMI (челове-ко-машинного интерфейса – HumanMachine Interface) между пользователеми автоматизированным бариста. Сканердвухмерного штрих-кода позволяетпользователям сканировать купоны наскидки и другие промо-материалы, в товремя как модуль чтения магнитныхкарт принимает кредитные карты дляоплаты заказов.

Кофейные автоматы становятся всёболее продвинутыми и вследствие этогополучают возможности для более плот-ной интеграции в системы умного горо-да. Вероятно, в скором времени будутиспользоваться телеметрия, безналич-ная оплата и распознавание лиц, но иде-альная чашка кофе всегда будет оста-ваться просто чашкой хорошего кофе.

ЖЕМЧУЖНЫЕ НИТИ

ЛОГИСТИКИ

Автомобильная промышленность яв-ляется не только одним из самых суще-ственных по уровню доходов секторовмировой экономики, она также одна изсамых критичных в плане ожиданий ка-чества продукции, богатства ассорти-мента изделий и их технологичности.Руководствуясь глобализацией бизнесаи постоянным повышением планкитребований клиентов, производителиавтомобилей вынуждены расширятьспектр моделей и вариантов комплекта-ции транспортных средств. Просто дляиллюстрации сказанного: всего лишьодна модель серии премиум немецкогоавтомобильного бренда может выпус-каться в 1017 различных вариациях. Ав-томобили – сложнейший продукт, про-изводимый под постоянным давлениеммеждународной конкуренции. Именнопоэтому здесь требуется крайне эффек-тивная логистика. Ну, а современнаялогистика немыслима без привлечения

вычислительной техники, которая за-действуется на всех её этапах, от рас-пределения и хранения сырья, материа-лов и комплектующих для производствадо доставки закупленных запасных ча-стей и готовых изделий.

Поставкам на зарубежные рынки го-товых автомобилей автопроизводителипредпочитают отгрузку необходимыхкомпонентов и дальнейшую сборку ихсилами местных заводов. Причина это-го понятна: ввозные таможенные по-шлины для продуктов в виде «кон-структора» (Completely KnockedDown – CKD) значительно ниже, чемдля готовой продукции. Кроме того,компоненты гораздо менее требова-тельны к условиям грузовых перевозок,что снижает транспортные затраты иупрощает доставку. Некоторые части икомпоненты автомашин производятсяв стране сборки, в то время как другиемогут поставляться по контрактам раз-личными международными субподряд-чиками. Это огромное разнообразие ав-томобильных комплектующих, постав-ляемых из различных источников истран, требует логистики, поистине гра-ничащей с искусством. Управление та-кой логистикой, в свою очередь, нужда-ется в грамотно спроектированных иреализованных мобильных решениях.

Разнообразие моделей и вариантов вавтомобильном производстве требуетоптимизации последовательности по-ставок и системы хранения деталей икомпонентов. Принцип производства,реализующий эти требования, получилназвание just-in-sequence (стратегияобеспечения точно вовремя), или прин-цип нити жемчуга. Каждая «нить жем-чуга» описывает последовательностьстадий производства (жемчужин) от-дельной машины и отслеживает её про-

хождение через различныепроизводственные про-

цессы, начиная отсборки и заканчи-вая окраской итестированием.Основная задача

состоит в том, чтобы оптимально обес-печить автокомпонентами каждое рабо-чее место в производственной линии, иименно в той точной последовательно-сти и с той интенсивностью, с которойтранспортные средства в настоящее вре-мя собираются на данном конвейере.Поскольку все процессы неразрывносвязаны между собой конвейером, за-держка на любом этапе влечёт наруше-ние заранее спланированного порядкаработы на всех последующих рабочихместах производственной линии. Мо-бильные терминалы Advantech-DLoGXMT 5 (рис. 13), MTC 6 и совершенноновый DLT-V8310 (рис. 14), установлен-ные на погрузчиках и транспортёрах,помогают доставлять детали и компо-ненты на производственную линию кместу их непосредственного потребле-ния в срок и в нужном порядке. Рабочиена каждом сборочном участке должнызнать детали и компоненты, которыеони обязаны установить на автомобиль.Прочные информационные терминалысерии UTC могут отображать такие важ-ные для работы цеха данные, как внесе-ние изменений в производственныйпроцесс и компонентную базу, а такжеинформировать работников о техноло-гических особенностях производствен-ных процессов.

Успехи в автоматизации решения по-добных задач приобретают всё бо́льшуюзначимость, поскольку вопросы обес-печения логистики становятся всё бо-лее сложными и комплексными и ужене поддаются управлению по старинке.

КУДА ГЛАЗА ГЛЯДЯТ?Интеллектуальное производство ста-

ло в наши дни новым стандартом, и этостимулирует быстрое развитие техноло-гий приложений машинного зренияAOI (Automated Optical Inspection), пред-назначенных для контроля прецизион-

22

СТА 2/2015

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

www.cta.ru

Рис. 12. Компьютер с сенсорной панелью

UTC-515 производства Advantech

Рис. 14. Новинка – мобильный терминал

Advantech DLT-V8310

Рис. 13. Мобильный терминал Advantech

DLoG XMT 5

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 22

ных технологических процессов. Техно-логия AOI должна интегрировать раз-личные аппаратные и программныеплатформы, включая промышленныекамеры, оптику, системы подсветки,промышленные компьютеры, а такжеПО для обработки и анализа изображе-ний и обеспечения полностью автома-тизированной функциональности.

Система Advantech A+ Vision основа-на на аппаратной архитектуре x86 и со-стоит из пяти основных функциональ-ных элементов: A+ процессор обработ-ки изображений, A+ распознаваниешаблонов, A+ извлечение объектов, A+измерение, A+ позиционирование. Внастоящее время функциональностьбольшинства имеющихся программныхсредств весьма ограничена, то есть си-стемные интеграторы могут выбиратьтолько из наиболее подходящих предо-ставленных программой инструментови лишены возможности реализоватьспецифические конфигурации. Биб-лиотека A+ Vision имеет графическийинтерфейс, в котором все необходимыепараметры гибко настраиваются. Кро-ме того, вместе с пакетом A+ Vision пре-доставляется удобный комплект разра-ботки программного обеспечения(SDK) и шаблонные образцы кода дляоблегчения разработки приложений.Несмотря на обилие параметров, визу-альная настройка существенно ускоряетпроцесс их оптимизации. Настройкипараметров интерфейса делаются попринципу простого перетаскиваниянужных элементов. Как правило, разра-ботчикам требуется найти некий ком-промисс между повышением точностиобнаружения и сокращением времени

обработки. Достижение оптимума яв-ляется непростой задачей, поэтому, сточки зрения разработчиков приклад-ных программ, гибкость настройки яв-ляется важнейшей особенностью си-стем машинного зрения. Гибкость пред-ложенного подхода позволила расши-рить сферу применения машинногозрения за пределы производственногоконтроля. Например, пакет можно при-менять для точного позиционированияплатформы при нарезке и сверлениипечатных плат или для печати провод-ников на различных подложках. В свя-зи с повсеместной тенденцией к микро-миниатюризации возникают сложныезадачи точного позиционированиякомпонентов при сборке современныхэлектронных устройств. Яркий примерэтого – сборка смартфонов и планше-тов, где решение от Advantech позволяетво многих случаях отказаться от ручно-го труда.

Производственные процессы требуютвсё более высокой эффективности и точ-ности, поэтому основные усилия сейчаснаправляются на совершенствованиепрограммного и аппаратного обеспече-ния визуальных инспекционных систем.Например, на Всемирной партнёрскойконференции 2013 года (World PartnerConference – WPC) компания Advantech

продемонстрировала концепцию опера-тивного контроля производства пива,объединяющую программное обеспече-ние A+ Vision c аппаратной платформойAIIS-1240 (рис. 15), оснащённой че-тырьмя промышленными камерами свысокой частотой кадров. Решение даётвозможность одновременно распозна-вать четыре различные области на однойпивной банке и контролировать 3–4банки в секунду. Производственныйконтроль и управление становятся всёболее точными, быстрыми, интеллекту-альными и гибкими, и в этом немалаязаслуга разработчиков нового поколенияинтеллектуальных систем машинногозрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие идеи умных городов повто-ряет историю многих других казавших-ся нашим современникам неосуще-ствимыми и даже безумными перспек-тивных проектов, от полного неприя-тия до всеобщего признания и под-держки. Реализуемыми на практике по-добные глобальные инициативы делаетименно современная технологическаябаза, вот почему в этой статье мы уде-лили ей столько внимания. Несомнен-но, умный город будущего органичновберёт в себя сотни и тысячи различныхтехнологических решений, которые бу-дут слаженно работать, обеспечиваялюдям качественно иной, лучший образжизни. Возможно, не пройдёт и двух де-сятков лет до того момента, когда ум-ные города станут повседневной реаль-ностью. ●

E-mail: iqrater@gmail.com

О Б З О Р / Т Е Х Н О Л О Г И И

23

СТА 2/2015 www.cta.ru

Рис. 15. Система машинного зрения Advantech

Готовая к применению платформа с упрочнённой конструкцией и умным ПО для управления

Безвентиляторная встраиваемая системадля монтажа на DIN-рейкус сертификатом взрывозащиты ATEX/C1D2• Двухъядерный процессор Intel® Atom™ Е3827• 6 COM, SATA SSD, DIO, 2 GbE & батарейка RTC• Пакет ПО для интеллектуального управления AXView• Широкий диапазон напряжений питания 12–48 В

пост. тока, вход с клеммной колодкой

rBOX510-6COM

ПК для железнодорожных применений,сертифицированныйпо EN 50155/50121/45545,с процессором Intel® Atom™ и с поддержкойводостойких разъёмов М12

tBOX323-835-FL

Безвентиляторная встраиваемая системас процессором Intel® Core™, с поддержкой4 PoE, 6 USB 3.0 и ПОдля интеллектуального управления

Рекл

ама

eBOX671-885-FL

–40…+70°C–40…+70°C –40…+70°C

–20…+50°C–20…+50°C –20…+50°C

–40…+70°C–40…+70°C –40…+70°C

Умные решения IoT & M2M

_014-023 03_Макет 1 30.03.2015 16:48 Страница 23